מהם הגורמים המשפיעים על עמידות הבלאי של קרמיקה?

מהם הגורמים המשפיעים על עמידות הבלאי של קרמיקה?

חומרים קרמיים עמידים-נמצאים בשימוש נרחב בתחומים של חומרי השחזה והברקה, ציפויים עמידים לבלאי,-ציפויים פנימיים של צינורות או ציוד, וחלקי מבנה וכו', ומאפיינים העמידים-בלאי שלהם קובעים ישירות את חיי השירות הבטוחים של ציוד וחלקים מכניים. חומרים קרמיים עמידים-שכיחים כוללים זירקוניה, אלומינה, בורון ניטריד מעוקב, סיליקון ניטריד, בורון קרביד, סיליקון קרביד וכו'.

על מנת להשיג חומרים קרמיים-עמידים בפני שחיקה עם עמידות טובה יותר בפני שחיקה, חוקרים רבים חקרו את מנגנון הבלאי של חומרים קרמיים ואת הגורמים המשפיעים על עמידות הבלאי של קרמיקה. באופן כללי, עמידות הבלאי של קרמיקה מושפעת משני גורמים, האחד הוא מבנה החומר עצמו, והשני הוא גורמים חיצוניים כמו עומס, טמפרטורה ואווירה.

השפעות של תכונות מכניות על עמידות בפני שחיקה של קרמיקה

במחקר המוקדם של תכונת ההתנגדות-לבלאי של חומרים קרמיים, מאמינים שהקשיות של חומרים קרמיים קשורה קשר הדוק לתכונת הבלאי. מאוחר יותר התברר שהקשר בין קשיות ובלאי של קרמיקה לא היה כל כך ברור. לדוגמא, הקשיות של קרמיקה אלומינה גבוהה יותר מקרמיקת TZP זירקוניה, אך עמידות הבלאי אינה בהכרח גבוהה יותר מקרמיקת TZP.

למרות שהקשיות יכולה לשקף את חוזק ההדבקה של גבול התבואה במידה מסוימת, בלאי נוצר לבסוף עקב התנתקות של חומר ממשטח הבלאי, כך שהקשיות של החומר הקרמי כבר לא משמשת כמדד מנבא למדידת בלאי. כמה מחקרים מראים שעם שיפור קשיחות השבר וקשיות החומר, קצב הבלאי של הקרמיקה יורד בהדרגה, ועמידות הבלאי טובה יותר.

השפעות של מבנה מיקרו על עמידות בפני שחיקה של קרמיקה

באופן כללי, למבנה המיקרו של חומרים יש לרוב השפעה רבה על התכונות המקרוסקופיות של חומרים. חומר קרמי הוא גוף מחוטא המורכב מגרגרים ו-גבישים, ומבנה המיקרו שלו קובע לעתים קרובות את התכונות המקרוסקופיות שלו. מחקרים רבים הראו שעמידות הבלאי של חומרים קרמיים קשורה במידה רבה לגודל הגרגר, הרכב שלב גבול התבואה, התפלגות המתח על גבול התבואה, נקבוביות ומבנים מיקרו אחרים.

גודל גרגר

בתעשייה, חומרי מתכת יכולים לשפר את תכונותיהם המכניות על ידי זיקוק גרגירים, מה שנקרא חיזוק גרגרים עדינים. העיקרון העיקרי הוא שככל שגודל הגרגר קטן יותר, שטח גבול התבואה גדול יותר ותפוצת גבול התבואה מזוגזגת יותר, מה שיכול להגדיל ביעילות את נתיב צמיחת הסדקים ותורם לריכוז המתח בחומר המפוזר. נמצא שלעידון התבואה יש השפעה מסוימת על עמידות הבלאי של חומרים קרמיים.

נַקבּוּבִיוּת

לנקבוביות יש השפעה חשובה מאוד על תכונות הקרמיקה. הנקבובית שוות ערך לקיומו של פגם, שיגרום לריכוז מתח, להאיץ את התרחבות הסדק ולהפחית את חוזק ההתקשרות בין גרגירים, ובכך להשפיע באופן חמור על התכונות המכניות של הקרמיקה. תחת פעולת החיכוך, הנקבוביות עשויות להתחבר זו לזו כדי ליצור מקור סדק, מה שמאיץ את בלאי החומר.

שלב גבול הדגן וטומאה בין-גבישית

קרמיקה מורכבת מגרגרים, שלבי גבול גרגרים ונקבוביות. בתהליך הסינטר, חלק מהתוספות והזיהומים המוספים לקרמיקה קיימים בעיקר בגבול התבואה בצורה של "שלב שני" או "שלב זכוכית", וקיומם ישפיע על חוזק ההתקשרות בין הגרגרים. במהלך חיכוך ובלאי קרמי, יכולים להיווצר בקלות סדקים בגבול התבואה. חוזק ההדבקה הנמוך של גבולות התבואה יגרום לשבר לאורך הגרגר בתהליך הבלאי, מה שיגרום למשיכה של הגרגר המלא ויגרום לבלאי רציני.

התוסף של קרמיקה פוליקריסטלית קיים בדרך כלל על גבול הגרגיר בצורת פאזת הזכוכית. במהלך תהליך החיכוך, הטמפרטורה הגבוהה המתקבלת מפחיתה את צמיגות הזכוכית, מה שמוביל לעיוות פלסטי. אם הלחץ של גבול התבואה הסמוך אינו מתאים, זה יגרום לסדק בגבול התבואה ויגרום לבלאי רציני.

אם כמות מתאימה של תוספים יכולה ליצור שלב שני בגבול התבואה, זה בדרך כלל מועיל לעמידות הבלאי של החומר. לדוגמה, הוספת זירקוניה לאלומינה לייצור קרמיקת אלומינה קשוחה של זירקוניה, הידועה גם בשם קרמיקת ZTA. מכיוון שהעלייה במתח קריטי המושרה ב-T-ZrO2 תורמת לשיפור קשיחות השבר וחוזקם של חומרים קרמיים, זירקוניה ואלומינה יכולים לעכב את צמיחת הגרגרים ולהשיג את השפעת המיקרו-התגבשות במונחים של מבנה מיקרו, כדי לשפר עוד יותר את עמידות הבלאי.